緊鄰越江隧道的深基坑支護選型及變形控制

蘭小江

上海建工一建集團有限公司 上海 200120

1 工程背景

1.1 建筑及結構概況

背景工程位于上海市徐匯區濱江地帶核心區域，用地總面積18 621.8 m2，總建筑面積25.4萬 m2，地上建筑面積19.0萬 m2，地下建筑面積6.4萬 m2。擬建物為1幢61層超高層辦公樓，地下室共4層。辦公樓地上為框架核心筒結構，地下室為框架結構。

1.2 基坑及周邊環境概況

工程基坑長2 1 0 m，南北寬1 5 5 m，基坑面積17 410 m2，總土方量約30萬 m3，裙房區域開挖深度為16.9 m，辦公塔樓區域開挖深度為19.20 m。本工程基坑與南側緊鄰的西岸傳媒港項目E1區、J地塊基坑同步施工，為避免相鄰基坑同步開挖的相互影響，將本工程基坑劃分為Ⅰ區和Ⅱ區先后實施。其中，Ⅰ區基坑與西岸E1區、J1區基坑首先實施，Ⅱ區基坑在本工程Ⅰ區地下結構實施完畢后實施。本工程基坑周邊環境情況非常復雜（圖1），基坑北側距離越江隧道32.2 m，基坑南側與西岸地塊E1區、J1區、J2區共用地下連續墻，西側距離軌交11號線隧道約74.0 m。

圖1 基坑周邊環境示意

1.3 越江隧道概況

越江隧道全長約3 564 m，屬于一類隧道，隧道主線為雙孔矩形鋼筋混凝土結構，頂板厚度為0.9 m，底板厚度為1 m，側墻厚約0.6 mm。本工程Ⅰ區基坑距離隧道南線匝道32.2 m，距離隧道南線主線42.5 m（圖2），Ⅱ區基坑距離隧道最近距離為78.7 m。隧道主線基底埋深在9～10 m，基底以下為原基坑支護階段的φ800 mm@8 000 mm的立柱樁，樁長約18 m，隧道南線匝道淺埋段基礎為板式基礎，下部無樁基。

圖2 越江隧道與基坑平面位置關系

2 越江隧道保護分析

本工程Ⅰ區基坑距離越江隧道最近32.2 m，Ⅱ區基坑距離越江隧道最近78.7 m。依據上海市《城市橋梁、隧道安全保護區域技術標準》的規定，對于堆載（或卸載）作業，安全保護區域應為隧道外邊線兩側及隧道邊線上方各70 m范圍。Ⅰ區基坑位于越江隧道安全保護區范圍以內，且越江隧道輔道作為本工程施工重車進出的唯一通道，故越江隧道是本工程施工中首要的保護對象，控制大體量土方卸載引起的隧道變形并制定相應的措施是本工程的關鍵任務。

根據《城市橋梁、隧道安全保護區域技術標準》的規定，本工程基坑實施期間，越江隧道的具體保護要求如下：不均勻沉降累計值不超過10 mm，單日沉降量不超過1 mm。

3 圍護設計方案選型及優化

3.1 基坑保護環境等級劃分

本工程基坑周邊環境情況非常復雜，主要保護對象為北側的越江隧道及其出入口匝道、龍耀路下的市政管線、南側緊鄰的涉及同步施工的西岸地塊E1區、J1區基坑、西側云錦路下的軌交11號線區間隧道等。根據上海市《基坑工程技術規范》的規定，本工程基坑周邊環境等級劃分如圖3所示。

圖3 基坑周邊環境保護等級平面分布示意

3.2 圍護設計方案選型及優化

根據基坑場地的工程地質條件、周邊環境及保護等級、水文條件和開挖深度等條件，結合上海市同類型同地區類似深基坑工程施工案例，基坑周邊普遍采用厚1 000 mm“兩墻合一”地下連續墻作圍護，坑內設置3道鋼筋混凝土水平支撐，塔樓區域設置局部第4道鋼支撐體系。針對越江隧道的具體保護措施如下[1-4]：

1）合理優化支撐體系，采用對撐＋角撐＋邊桁架相結合的支撐體系，并在挖深較大的塔樓區域設置局部的第4道支撐體系，以加強對北側的變形控制；考慮對越江隧道的保護，支撐體系布設時主要沿南北向設置對撐體系，且對撐方向主要垂直于北側基坑邊，以盡可能利用受力較好的對撐體系來控制北側圍護結構和隧道的變形。另外，在支撐圍檁與地下連續墻間增設了抗剪連接鋼筋，以加強角部等區域支撐與地下連續墻的整體抗變形能力。

2）基坑北側坑內被動區均采用φ850 mm@600 mm三軸水泥土攪拌樁進行加固，加固體寬約8 m，加固深度至基底以下約5 m，以進一步加強北側基底土的抗側能力，控制圍護變形。

3）考慮對越江隧道的保護，基坑開挖要求分層分塊進行，優先形成南北向對撐體系，減小基坑暴露時間，加強對北側圍護變形的控制。在進行第3道支撐與裙樓普遍基底標高之間土方分塊開挖及墊層施工時，遵循以下開挖順序原則：①-1→①-2→②-1→②-2（圖4）。具體實施時，先進行配筋墊層范圍的土方分塊開挖，確保南北向配筋墊層首先形成，從而形成南北向的傳力對撐體系，盡早形成約束；②-2分塊的土方開挖前，確保①-1和①-2分塊的配筋墊層施工完成。

圖4 第3道支撐與裙樓普遍基底標高之間土方分塊開挖示意

3.3 降水的影響控制

1）考慮到本工程基底以下微承壓含水層較厚，且無有效的隔水層，為有效降低承壓水水頭，減小對基坑及越江隧道的影響，對基坑北側及其他二級環境保護區域范圍的地下連續墻深度加深，以形成超深懸掛止水帷幕體系，止水帷幕深度達到50 m左右，墻底普遍嵌入到⑤3-2層和⑤3-3層交界面，進入微承壓含水層不少于15 m，以形成充分的繞流路徑，減少基坑降水過程中對越江隧道的影響。

2）為進一步減小基坑降水施工過程中對越江隧道的影響，對基坑北側、西側及東北側等區域在上述采用常規φ800 mm高壓旋噴樁隔斷④2層微承壓含水層的基礎上，對其下部⑤3層至加深段地下連續墻墻底標高范圍的接縫均采用φ2 400 mm定角度180°的RJP大直徑高壓旋噴樁進行封堵，樁身標高范圍為－50.50～－33.00 m，與地下連續墻同深。

3.4 基坑開挖對越江隧道的數值模擬分析

為預估基坑施工過程中對周邊環境及越江隧道的影響，通過有限元分析，基坑開挖實施完成后，在理想狀態下，越江隧道的水平及豎向變形均小于4 mm，考慮與基坑開挖過程中多方面因素綜合疊加影響，龍耀路側總的最大沉降變形量預估在6 mm，可以滿足越江隧道主管部門提出的累積沉降不超過10 mm的控制要求。

4 越江隧道施工保護措施

4.1 基坑周邊堆載控制措施

針對越江隧道保護的要求，在施工現場平面布置時，嚴格控制基坑周邊堆載要求?；颖眰葏^域空地考慮作為臨時倉庫或木料等輕型材料堆場，木料堆放時采取限高措施，要求高度不大于1.5 m，確保輕型材料堆場平均荷載小于20 kN/m2，設置醒目標識，并指定專人負責場地北側的限載管理。

4.2 基坑圍護施工階段保護措施

1）優先進行基坑北面地下連續墻、坑內裙邊土體加固施工，最大程度地發揮圍護體本身的隔離保護作用。針對三軸水泥土攪拌樁等對周邊土體影響較大的工藝，基坑圍護施工總體流向由北向南或向東西兩側施工，禁止由南向北施工，以減少三軸水泥土攪拌樁成樁過程中的擠土影響，進而減少土體加固施工過程中對越江隧道的影響?；訃o施工過程中，嚴格控制成槽質量、垂直度、地下連續墻接縫等關鍵點的施工質量，防止因地下連續墻滲漏而引起周邊土體的沉降。

2）地下連續墻成槽過程中嚴格控制護壁泥漿的密度，加強槽壁加固的施工質量控制，避免出現槽壁坍塌的現象。地下連續墻施工前，嚴格按照設計工況要求保證槽壁加固施工完成后的養護時間，達到養護強度后再進行地下連續墻施工。

4.3 降水施工階段保護措施

1）Ⅰ區基坑內布置37口疏干井，降壓井9口，觀測兼備用井5口。開挖過程中嚴格做到按需降水，采用淺井疏干、深井減壓的降水方法、坑外應急回灌的措施，使坑外地下水達到平衡，減少周邊土體沉降量，從而達到控制越江隧道變形的目的。

2）坑外北側布置12口承壓水觀測井，觀測基坑內降壓對坑外影響，為保護越江隧道提供依據?？油獗眰鹊挠^測井構造要求按回灌井的標準進行施工，以便于發生緊急情況時利用坑外北側觀測井采取回灌措施，以確保越江隧道的安全。

3）開挖期間，嚴格按基坑降水井運行工況要求控制降水井水位。在減壓井運行前，須完成抽水試驗、落實雙電源的應急措施，確保降水系統的有效運行。

4.4 土方開挖階段保護措施

1）第1層土方開挖從西面、南面、東面向北面退挖。第1道混凝土支撐隨挖土的進度及時跟進施工，要求在土方開挖完成后48 h內形成支撐。

2）第2至第4層土方開挖根據設計要求的工況分10個小塊按4個步驟進行開挖（圖5），開挖順序為①塊→②塊→③塊→④塊。挖土流向由基坑內向基坑邊緣退挖，減少基坑邊緣圍護體暴露的時間，以減少圍護墻體系的變形。第4層土方開挖后及時跟進墊層澆筑，尤其是塔樓周邊區域的配筋墊層施工。

圖5 第2至第4層土方開挖分區

3）第5層土方大面開挖前，先刨槽開挖鋼支撐區域的土方，然后在鋼支撐安裝完成后由塔樓中間區域向塔樓四周區域退挖。第6層（塔樓局部深坑區域）土方待塔樓區域底板墊層完成后開始開挖。

4）基坑開挖總體采用盆式開挖方式，加快土方出土速度，減少無支撐狀態下的基坑暴露時間。挖土作業嚴格遵循“分層分塊、留土護壁、限時對稱、及時支撐”的原則，以減少對基坑本體、越江隧道及周邊市政管線的影響。

5）施工期間做到信息化指導施工，實時關注圍護墻變形、承壓水頭變化、支撐軸力、地下管線位移及越江隧道變形等監測數據，如監測數據異常，及時會同設計、監理、建設等相關單位根據實際的監測數據調整施工方案或采取補救措施。

4.5 結構回筑及換撐施工階段的保護措施

1）支撐拆除方式選用對基坑變形影響最小的方式，采用金剛鏈鋸靜音切割的方法進行拆撐，以達到對越江隧道及周邊環境保護的目的。

2）基坑結構回筑過程中，涉及拆除3道支撐的工況，在拆除第3道支撐之前必須保證底板達到設計強度的80%，使其作為第3道支撐的換撐，同時底板后澆帶內的型鋼換撐也需及時形成；拆除第2道支撐之前，B2層結構及換撐板帶應達到設計強度的80%，作為第2道支撐的換撐，在拆除第1道支撐之前，斜拋撐、地下結構、換撐板帶需達到設計強度的80%，作為第1道支撐的換撐。主樓區域的鋼支撐需連同澆筑于基礎底板內，不得在澆筑前拆除。

3）加大勞動力和機械投入，加快拆撐進度。支撐拆除考慮連續施工，投入2個施工班組輪流進行連續作業，確保每道支撐的每個分塊在1周內完成支撐拆除和清渣施工，為地下室結構回筑和換撐能夠盡早施工創造條件，從而縮短地下室結構的施工時間，減小基坑及越江隧道的變形。

5 結語

通過采取以上一系列的技術和施工措施，從本工程圍護施工開始至結構封頂完成，越江隧道主線南線沉降累計最大變化量為－6.59 mm，主線南線累計最大水平位移為1.0 mm，南線匝道累計最大水平位移為5.0 mm，以上變形量與預估的變形量基本吻合，且均未超出越江隧道變形量的報警值（±10 mm），越江隧道主線的變形得到了有效控制。南線匝道由于下部無樁基，受淺層地表土體沉降的影響較大，且頻繁受重車碾壓等多方面因素影響，其沉降值雖超出報警值，但不影響越江隧道主線的結構安全和正常使用。

由此可見，針對復雜周邊環境的大型深基坑工程，在基坑圍護方案設計階段，應提前介入，積極參與圍護設計方案的選型及優化，會同設計選擇最合理的圍護方案，通過采用最優的技術措施從源頭上確保周邊環境變形影響的最小化；在深基坑施工時，應嚴格按照隧道安全保護技術要求，保護區內不做重型材料堆載，在圍護結構施工、土方開挖、支撐施工、結構回筑及換撐施工階段嚴格按照深基坑施工方案、隧道保護方案以及圍護設計工況要求進行施工，及時落實各項施工保護措施，確?；拥陌踩?，使周邊環境影響最小化。